EP4301906A1 - Wachstum von nanodrähten - Google Patents

Wachstum von nanodrähten

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Publication number
EP4301906A1
EP4301906A1 EP22710529.3A EP22710529A EP4301906A1 EP 4301906 A1 EP4301906 A1 EP 4301906A1 EP 22710529 A EP22710529 A EP 22710529A EP 4301906 A1 EP4301906 A1 EP 4301906A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elastic element
nanowires
film
arrangement
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22710529.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olav Birlem
Florian DASSINGER
Sebastian Quednau
Farough ROUSTAIE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanowired GmbH
Original Assignee
Nanowired GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanowired GmbH filed Critical Nanowired GmbH
Publication of EP4301906A1 publication Critical patent/EP4301906A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/06—Suspending or supporting devices for articles to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/04—Wires; Strips; Foils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/006—Nanostructures, e.g. using aluminium anodic oxidation templates [AAO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/46—Electroplating: Baths therefor from solutions of silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/006—Nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the invention relates to the galvanic growth of nanowires.
  • the invention relates to a method and an arrangement for providing a large number of nanowires on a surface.
  • nanowires can be obtained via galvanic processes or using methods that are known from thin-film technology. What many known methods have in common is that they require complex machines and therefore usually only (can) be used in laboratories and clean rooms. In particular, most of the known methods are not suitable for industry.
  • nanowires obtained vary greatly in terms of their properties and, in particular, their quality.
  • the nanowires from different growth processes regularly differ, sometimes significantly, even if the same or the same machines, starting materials and/or recipes are used.
  • the quality of nanowires often depends in particular on the ability of the user of a corresponding arrangement or the user of a corresponding method, on environmental influences and/or simply on chance. All of this is made more difficult by the fact that nanowires are structures that sometimes cannot be visualized even with a light microscope. Extensive investigations may therefore be necessary in order to be able to determine the properties described (and in particular the fluctuations in them) at all.
  • a method for galvanically growing a multiplicity of nanowires onto a surface comprises: a) placing a foil on the surface, the foil having a multiplicity of continuous pores in which the nanowires can be grown from an electrolyte, b) placing an elastic element permeable for the electrolyte on the foil, wherein the electrolyte is contacted with the foil via the elastic member, c) for a first growth period, galvanically growing the plurality of nanowires, d) removing the elastic member, and e) for a second growth period, continuing the galvanic growth the multitude of nanowires.
  • Steps a) and b) can be carried out in any order one after the other or with a complete or partial overlap. Steps c) to e) are carried out in the specified order after steps a) and b).
  • Nanowires can be produced with the method described.
  • a nanowire is understood here to mean any material body that has a wire-like shape and a size in the range from a few nanometers to a few micrometers.
  • a nanowire can, for example, have a circular, oval or polygonal base. In particular, a nanowire have a hexagonal base.
  • the nanowires preferably have a length in the range from 100 nm [nanometers] to 100 m ⁇ ti [micrometers], in particular in the range from 500 nm to 60 m ⁇ ti. Furthermore, the nanowires preferably have a diameter in the range from 10 nm to 10 m ⁇ ti, in particular in the range from 30 nm to 2 m ⁇ ti.
  • the term diameter refers to a circular base area, with a base area deviating from this, a comparable definition of a diameter is to be used. It it is particularly preferred that all nanowires used have the same length and the same diameter.
  • the method described can be used for a wide variety of nanowire materials. Electrically conductive materials, in particular metals such as copper, silver, gold, nickel, tin and platinum, are preferred as the material for the nanowires. However, non-conductive materials such as metal oxides are also preferred. Preferably, all nanowires are formed from the same material.
  • the surface on which the nanowires are to be grown is preferably designed to be electrically conductive.
  • the electrical conductivity can e.g. B. can be achieved by metallization. So e.g. B. a non-electrically conductive substrate can be coated with a thin layer of metal.
  • an electrode layer can be produced by the metallization.
  • the substrate can be a silicon substrate.
  • the surface can be the surface of a body that is provided with electrically conductive structures. In particular, this can be a silicon chip or a so-called printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the nanowires can be grown galvanically in pores of a film on the surface.
  • An electrolyte is used for this.
  • the nanowires can be provided with a particularly uniform quality if the foil lies tightly against the surface during growth and the electrolyte is evenly distributed over the foil.
  • this is achieved by dividing the growth into two steps.
  • a first growth step an elastic element rests against the foil, by which the foil is held on the surface.
  • the elastic element is permeable to the electrolyte, so that the electrolyte can be released to the film via the elastic element.
  • the nanowires are grown as far. that the foil is held on the surface by the nanowires.
  • the elastic element is no longer required. The elastic element is thus removed, whereby the electrolyte can be evenly distributed over the surface.
  • step a) the film is placed on the surface to be covered with vegetation.
  • the foil is preferably formed with a plastic material, in particular with a polymer material.
  • the film is connected to the surface in such a way that the film does not slip. This could reduce the quality of the grown nanowires.
  • the film has a large number of continuous pores in which the nanowires can be grown.
  • the fact that the pores of the film are continuous is preferably realized in such a way that the pores form continuous channels from an upper side of the film to an underside of the film.
  • the pores are cylindrical.
  • the pores it is also possible for the pores to be in the form of channels with a curved course.
  • a pore can have a circular, oval or polygonal base.
  • a pore can have a hexagonal base area.
  • the pores are uniform (i.e., the pores preferably do not differ in size, shape, location, and/or spacing from adjacent pores).
  • the pores are preferably (in particular completely) filled with the electrodeposited material. This gives the nanowires the size, shape and arrangement of the pores.
  • the properties of the nanowires to be grown can thus be determined or influenced by the choice of the foil or the pores in it.
  • the film can therefore also be referred to as a "template”, “template film” or “stencil”.
  • an elastic element that is permeable to the electrolyte is placed on the film.
  • the elastic element is preferably set up to release an electrolyte at least at one dispensing point.
  • the dispensing point is preferably of flat design, it being particularly preferred that the electrolyte can be dispensed uniformly over a dispensing area.
  • the elastic element completely covers the film.
  • the elastic element can be a sponge or a cloth.
  • the elastic element is preferably designed in such a way that it also has a fixation the foil can cause. This can be realized in particular in that the means for providing the electrolyte is of flat design and is set up for pressing the film onto the surface.
  • steps c) and e) the nanowires are grown. This takes place first according to step c) in a first growth process.
  • a first growth process For this purpose, an electrical voltage is applied between the surface to be covered and an electrode. Both the surface and the electrode are in contact with the electrolyte.
  • the nanowires are thus grown from the electrolyte onto the surface into the pores of the film.
  • the elastic element rests on the foil. This can prevent the film from slipping.
  • the nanowires are formed to such an extent that the nanowires hold the foil. The elastic element is then unnecessary. It is therefore removed in step d).
  • the electrical voltage applied can be switched off for the duration of step d), so that the growth is interrupted to this extent.
  • step d the growth continues uninterruptedly, so that growth also takes place in step d).
  • step d the first growth period and the second growth period are only delimited from one another in that the elastic element is removed between these two steps.
  • step e) the growth of the nanowires is continued for a second growth period. This is basically the same as in step c), but without the elastic element.
  • step e) no elastic element is in contact with the film.
  • the electrolyte can come into direct contact with the surface. This facilitates the supply of the electrolyte to the surface. This makes it easier to ensure that there is sufficient electrolyte at all points on the surface at all times. If this were not the case, the nanowires would not grow at the respective location despite the applied electrical voltage. This could affect the quality of the nanowires obtained.
  • the first growth period preferably has a length that is at least 10% of a length of the second growth period, preferably at least 50% of a length of the second growth period.
  • the length of the first growth period and the length of the second growth period can be fixed.
  • the embodiment of the method is preferred in which from a step c) for the galvanic growth of Nanowires used electric current a transferred charge is determined, step c) is terminated when the transferred charge has reached a predetermined limit.
  • the length of the first growth period is variable.
  • Step c) is terminated as soon as the growth of the nanowires has progressed to such an extent that the nanowires can hold the film without the elastic element.
  • the progress of the growth of the nanowires is not directly measured. Instead, the charge transferred during galvanic growth is determined. This is a measure of how many atoms have been converted according to galvanic growth.
  • the charge transferred can be determined by time integration from the electrical current used to galvanically grow the nanowires. If the current is constant, the charge is obtained by multiplying the current by time.
  • the electrical current used to galvanically grow the nanowires is the flow of electrons flowing between the surface and the electrode.
  • Step c) is terminated in the present embodiment when the charge transferred has reached a predetermined limit value.
  • a suitable limit value can be determined by experiments.
  • the limit value is preferably selected in such a way that the foil is held on the surface to a desired extent by the nanowires after the conclusion of step c).
  • the elastic cal element is pressed onto the film in step c).
  • the provision of the electrolyte can be facilitated by pressing the elastic element against the foil.
  • the electrolyte can be stimulated to escape from a sponge by pressing this sponge.
  • a spring is preferably provided for pressing, the force with which the spring presses the elastic element against the film being adjustable.
  • Elastic or plastic devices, motorized, hydraulic and/or pneumatic adjustment units or lever mechanisms can also be used to generate the contact pressure. By adjusting the force, the amount of electrolyte dispensed can be controlled.
  • the film is pressed onto the surface via the elastic element, so that the film is form-fitting, stationary and free of air pockets (between see the foil and the surface as well as in the pores within the foil).
  • That the elastic element is pressed onto the film in step c) means that the elastic element is pressed onto the film at least during part of step c).
  • the elastic element is preferably pressed against the film for the entire duration of step c).
  • the elastic element is pressed onto the film to the extent that the elastic element is pressed onto the film with a force that exceeds the weight of the elastic element.
  • the inherent weight of the elastic element is therefore not sufficient for pressing in the sense of the present embodiment.
  • the elastic element can rest on the film for the entire duration of step c) without being pressed against the film.
  • the elastic element is lifted off the film in step d) by means of a gripper.
  • the gripper With the gripper, the elastic element can be automatically removed from the film. As a result, the entire method can be carried out automatically, which means that errors can be avoided.
  • the gripper can be designed as a needle gripper, for example.
  • an arrangement for the galvanic waxing of a multiplicity of nanowires is presented.
  • the arrangement includes:
  • the film having a multiplicity of continuous pores in which the nanowires can be grown from an electrolyte
  • the advantages and features of the method are applicable and transferable to the arrangement and vice versa.
  • the method is preferred with the arrangement carried out.
  • the arrangement is preferably intended and set up for operation in accordance with the method described.
  • the arrangement also includes a control unit which is set up to carry out at least steps c) to e) of the method.
  • the control unit is set up to carry out the method to the extent that the method is automated.
  • the control unit can control the galvanic growth by controlling an electrical voltage required for the galvanic growth with the control unit.
  • the pressing of the elastic element against the film can be controlled in step c) by the control unit to the extent that the elastic element is pressed against the film, for example by means of a hydraulic ram.
  • Such a stamp can be controlled by the control unit. If steps a) and/or b) are also carried out automatically, these can also be controlled by the control unit.
  • the arrangement preferably has a housing within which all elements of the arrangement are arranged.
  • the housing preferably has an opening for a drawer.
  • An object with the surface to be overgrown can be placed in the drawer with the film placed on it and the elastic element placed on it, and pushed into the receptacle with it.
  • the object with the surface to be overgrown and the film placed thereon and the elastic element placed thereon can be arranged within the housing.
  • the arrangement also includes a drive for the automated actuation of the gripper.
  • Step d) can be carried out automatically with the drive.
  • the drive can be set up, for example, to bring the gripper in step d) into contact with the elastic element, to grip the elastic element and/or to lift it off the surface. With the drive, the position of the gripper can be changed and/or the gripper can be actuated. Operating the gripper means that the elastic element can be gripped with the gripper and released again.
  • the gripper can be a needle gripper, for example.
  • the arrangement further comprises a movable shelf for the elastic element.
  • step d) the elastic element can be gripped with the gripper and lifted off the surface. Then the movable shelf can be pushed between the surface and the elastic element. The elastic cal element can be placed on the movable shelf and released by the gripper. The elastic element can then be transported away with the movable shelf. The elastic element can then be removed from the movable shelf. This can be done automatically, for example by moving the movable shelf in such a way that the elastic element can no longer follow the movement of the movable element from a point of separation. The separation point can result, for example, from the fact that the movable shelf is guided into a shelf receptacle that does not offer any space for the elastic element. In this case, the elastic element gets caught on the edge of the shelf. The elastic element can be placed in a compartment from which the elastic element can be manually removed.
  • the movable shelf can be moved automatically, for example by a motor.
  • the movable tray is preferably formed of a flexible material such as plastic.
  • the mobile shelf can be stowed away to save space when not in use.
  • the moveable shelf can be guided over a deflection roller, so that the moveable shelf can be stowed rotated 90° relative to the surface when it is not needed.
  • the arrangement further comprises a cleaning device for cleaning the movable tray.
  • the cleaning device is preferably set up to spray a cleaning fluid onto the movable tray. This can be done, for example, after the elastic element has been carried away with and removed from the movable tray.
  • the cleaning device is preferably arranged in such a way that the movable tray is guided past the cleaning device in step d) after the elastic element has been removed from the movable tray.
  • the arrangement also comprises a voltage source which is connected to an electrode and the surface in order to apply an electrical voltage for the growth of the nanowires.
  • the voltage source serves to provide the electrical current required for the galvanic growth.
  • the voltage source is preferably set up to generate a pulsed voltage, in particular with a pulse frequency in the range from 0.1 to 10 ms. Experiments have shown that the quality of the nanowires can be improved with a pulsed voltage.
  • the arrangement also comprises a reference electrode which is connected to the surface.
  • the growth of the nanowires can be monitored with the reference electrode.
  • the reference electrode can be used to measure the voltage that is present between the electrode and the reference electrode.
  • the arrangement can include one or more reference electrodes.
  • the electrode is preferably connected to the voltage source via a first cable.
  • the surface to be grown is preferably connected to the voltage source via a second cable.
  • the reference electrode is preferably connected to a voltmeter via a third cable.
  • the surface is preferably connected to the strain gauge by a fourth cable, particularly independent of the second cable.
  • the second cable and the fourth cable are preferably each connected directly to the surface.
  • the surface can have a respective contact pad, via which the second cable and the fourth cable are connected to the surface, for example by means of a respective conductive tape.
  • the reference electrode is therefore not only connected to the surface in that the reference electrode is connected to a branch of the second cable. In contrast, it has been found that direct connection of the reference electrode to the surface provides more accurate results.
  • the object with the surface to be grown over and the reference electrode are preferably arranged in the drawer.
  • the first cable, the second cable, the third cable and the fourth cable can each be divided into several sections which are connected to one another, for example via plug connections.
  • the second cable, the third cable and/or the four Each cable can be divided into sections in such a way that a respective transition between two adjacent sections of the corresponding cable is arranged on one edge of the drawer.
  • the drawer can have a corresponding plug for each of these three cables. In this way, the surface and the reference electrode can be contacted when the drawer is pushed into the receptacle by forming the three plug-in connections.
  • the voltage measuring device and the voltage source are preferably arranged inside the housing and outside the receptacle for the drawer.
  • the arrangement also comprises a (in particular electrically driven) mangle for squeezing the electrolyte out of the elastic element when the elastic element has been removed from the film with the gripper.
  • the mangle can have two rollers between which the elastic element is moved. In this case, pressure can be exerted on the elastic element with the rollers, so that the elastic element releases electrolyte which is located in the elastic element. This allows a significant part of the electrolyte to be removed from the elastic element and reused.
  • Fig. 2 an interconnection of a reference electrode for the arrangement
  • 3a and 3b further elements of the arrangement from FIG. 1 in two different states.
  • the arrangement 7 shows an arrangement 7 for the galvanic growth of a multiplicity of nanowires 1.
  • the arrangement 7 comprises a substrate 16 with a surface 2 on which the nanowires 1 are to be grown.
  • the arrangement 7 further comprises a film 3 placed on the surface 2, which has a multiplicity of continuous pores 4, in which the nanowires 1 are grown from an electrolyte be able.
  • the surface 2 has a structuring layer 17 with omissions 18 .
  • the nanowires 1 can be grown in the gaps 18 only. The growth of the nanowires 1 can thus take place locally selectively.
  • the arrangement 7 comprises an elastic element 5 placed on the foil 3 and permeable to the electrolyte. The electrolyte can be brought into contact with the foil 3 via the elastic element 5 .
  • the arrangement 7 includes a voltage source 12 which is connected to an electrode 13 and the surface 2 for applying an electrical voltage for the growth of the nanowires 1 .
  • the voltage source 12 is also connected to the control unit 8 .
  • the electrode 13 can be pressed against the elastic element 5 with a stamp 19 .
  • FIG. 2 shows further elements of the arrangement 7 from FIG. 1. For the sake of clarity, not all elements from FIG. 1 are shown in FIG.
  • the arrangement 7 also has a reference electrode 14.
  • the reference electrode 14 is connected to the surface 2 via a voltmeter 20 .
  • the voltage source 12 and the reference electrode 14 are bonded to the surface 2 independently of one another.
  • FIGS. 3a and 3b show further elements of the arrangement 7 from FIGS. 1 and 2. For the sake of clarity, not all elements from FIGS. 1 and 2 are shown in FIG. 3a and 3b. It can be seen in FIGS. 3a and 3b in particular that the arrangement 7 has a gripper 6 for removing the elastic element 5 from the film 3.
  • FIG. 3a the state is shown in which the elastic element 5 on the film 3 on the upper surface 2 of the substrate 16 rests. The elastic element 5 can be gripped with the gripper 6 and lifted off the surface 2 . This is shown in Figure 3b. Since the elastic element 5 in FIG. 3b no longer rests on the film 3, an arrangement 7 according to the invention is no longer shown in FIG. 3b.
  • the arrangement 7 comprises a drive 9 for the automated actuation of the gripper 6.
  • the arrangement 7 comprises a movable shelf 10 for the elastic element 5.
  • the moveable tray 10 is not needed in the condition shown.
  • the movable shelf 10 is sandwiched between the surface 2 and the elastic element 5. pushed.
  • the elastic element 5 can be placed on the movable tray 10 .
  • the elastic element 5 can be transported away with the movable shelf 10 by the movable shelf 10 being moved back into its state shown in FIG. 3a.
  • the elastic element 5 can be detached from the movable shelf 10, for example, in that the elastic element 5 does not follow the downward movement of the movable shelf 10.
  • the arrangement 7 also has an electrically driven mangle 15 for squeezing the electrolyte out of the elastic element 5 when the elastic element 5 has been removed from the foil 3 with the gripper 6 .
  • the mangle 15 has two rollers between which the elastic element 5 can be moved under the action of force.
  • the arrangement 7 also includes a control unit 8, which is set up to carry out steps c) to e) of the following method: a) placing a film 3 on the surface 2, the film 3 having a large number of continuous pores 4, in where the nanowires 1 can be grown from an electrolyte th, b) placing an elastic element 5 permeable to the electrolyte on the film 3, the electrolyte being brought into contact with the film 3 via the elastic element 5, c) for one first growth period, galvanic growth of the multiplicity of nanowires 1, the elastic element 5 being pressed onto the film 3, d) removing the elastic element 5 by lifting the elastic element 5 off the film 3 using a gripper 6, and e) for a second growth period, continuing to galvanically grow the plurality of nanowires 1.
  • step c) a transferred charge is determined from the electric current used for the galvanic growth of the nanowires 1, step c) being terminated when the transferred charge has reached a predetermined limit value.

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Abstract

Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (1) auf eine Oberfläche (2), umfassend: a) Auflegen einer Folie (3) auf die Oberfläche (2), wobei die Folie (3) eine Vielzahl von durchgehenden Poren (4) aufweist, in denen die Nanodrähte (1) aus einem Elektrolyten gewachsen werden können, b) Auflegen eines für den Elektrolyten durchlässigen elastischen Elements (5) auf die Folie (3), wobei der Elektrolyt über das elastische Element (5) mit der Folie (3) in Kontakt gebracht wird, c) für einen ersten Wachstumszeitraum, galvanisches Wachsen der Vielzahl von Nanodrähten (1), d) Entfernen des elastischen Elements (5), und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wachsens der Vielzahl von Nanodrähten (1).

Description

Wachstum von Nanodrähten
Die Erfindung betrifft das galvanische Wachstum von Nanodrähten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zum Bereitstellen einer Viel zahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche.
Es sind Verfahren und Anordnungen bekannt, mit denen Nanodrähte hergestellt werden können. Beispielsweise können Nanodrähte über galvanische Prozesse oder mittels Verfahren, die aus der Dünnschichttechnologie bekannt sind, erhalten werden. Vielen bekannten Verfahren ist gemein, dass diese komplexe Maschinen erfordern und insbesondere deshalb üblicherweise nur in Labors und in Reinräumen eingesetzt wer den (können). Insbesondere sind die meisten bekannten Verfahren nicht industrie tauglich.
Auch haben viele bekannte Anordnungen und Verfahren den Nachteil, dass die erhaltenen Nanodrähte stark in ihren Eigenschaften und insbesondere hinsichtlich ihrer Qualität variieren. Regelmäßig unterscheiden sich die Nanodrähte aus verschie denen Wachstumsvorgängen auch dann zum Teil erheblich, wenn die gleichen oder dieselben Maschinen, Ausgangsmaterialien und/oder Rezepturen verwendet werden. Oft hängt die Qualität von Nanodrähten insbesondere von dem Können des Nutzers einer entsprechenden Anordnung bzw. des Anwenders eines entsprechenden Verfah rens, von Umwelteinflüssen und/oder auch schlicht vom Zufall ab. Erschwert wird all dies dadurch, dass es sich bei Nanodrähten um Strukturen handelt, die teilweise auch mit einem Lichtmikroskop nicht zu visualisieren sind. Daher können aufwendige Un tersuchungen notwendig sein, um die beschriebenen Eigenschaften (und insbeson dere die Schwankungen in diesen) überhaupt feststellen zu können.
Mit bekannten Verfahren und Anordnungen ist es insbesondere aufgrund der be schriebenen Qualitätsunterschiede oft nicht möglich, größere Flächen mit Nanodräh ten zu bewachsen. So ist es wahrscheinlich, dass sich die Nanodrähte hinsichtlich ihrer Eigenschaften zwischen verschiedenen Bereichen einer größeren bewachsenen Flä che unterscheiden. Dies kann für viele Anwendungen nachteilig sein.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anord nung vorzustellen, mit denen eine Vielzahl von Nanodrähten mit besonders gleich bleibender Qualität hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst mit der Anordnung und dem Verfahren gemäß den un abhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängi gen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung darge stellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten auf eine Oberfläche vorgestellt. Das Verfahren umfasst: a) Auflegen einer Folie auf die Oberfläche, wobei die Folie eine Vielzahl von durch gehenden Poren aufweist, in denen die Nanodrähte aus einem Elektrolyten ge wachsen werden können, b) Auflegen eines für den Elektrolyten durchlässigen elastischen Elements auf die Folie, wobei der Elektrolyt über das elastische Element mit der Folie in Kontakt ge bracht wird, c) für einen ersten Wachstumszeitraum, galvanisches Wachsen der Vielzahl von Na nodrähten, d) Entfernen des elastischen Elements, und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wachsens der Vielzahl von Nanodrähten.
Die Schritte a) und b) können in beliebiger Reihenfolge nacheinander oder ganz oder teilweise überlappend durchgeführt werden. Die Schritte c) bis e) werden in der ange gebenen Reihenfolge an die Schritte a) und b) anschließend durchgeführt.
Mit dem beschriebenen Verfahren können Nanodrähte hergestellt werden. Unter einem Nanodraht (engl.„nanowire") wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexago nale Grundfläche aufweisen.
Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanome ter] bis 100 mΐti [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 60 mΐti auf. Wei terhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 mΐti, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 mΐti auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen.
Das beschriebene Verfahren ist für verschiedenste Materialien der Nanodrähte anwendbar. Als Material der Nanodrähte bevorzugt sind elektrisch leitende Materia lien, insbesondere Metalle wie Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Zinn und Platin. Aber auch nichtleitende Materialien wie Metalloxide sind bevorzugt. Vorzugsweise sind alle Na nodrähte aus dem gleichen Material gebildet.
Die Oberfläche, auf die die Nanodrähte gewachsen werden sollen, ist vorzugs weise elektrisch leitend ausgeführt. Sofern die Oberfläche Teil eines ansonsten nicht elektrisch leitenden Körpers (wie z.B. eines Substrats) ist, kann die elektrische Leitfä higkeit z. B. durch eine Metallisierung erreicht werden. So kann z. B. ein nicht elektrisch leitendes Substrat mit einer dünnen Schicht Metall überzogen werden. Durch die Me tallisierung kann insbesondere eine Elektrodenschicht erzeugt werden. Je nach Mate rial der Oberfläche und/oder der Elektrodenschicht kann es sinnvoll sein, eine Haft schicht zwischen der Oberfläche und der Elektrodenschicht vorzusehen, die eine Haf tung zwischen der Oberfläche und der Elektrodenschicht vermittelt.
Durch die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche kann diese als Elektrode für das galvanische Wachstum der Nanodrähte genutzt werden. Das Substrat kann insbeson dere ein Siliziumsubstrat sein. Die Oberfläche kann insbesondere die Oberfläche eines Körpers sein, der mit elektrisch leitenden Strukturen versehen ist. Das kann insbeson dere ein Siliziumchip oder ein sogenanntes printed Circuit board (PCB) sein.
Mit dem beschriebenen Verfahren können die Nanodrähte galvanisch in Poren ei ner Folie auf die Oberfläche gewachsen werden. Dazu wird ein Elektrolyt verwendet. Die Nanodrähte können mit besonders gleichmäßiger Qualität bereitgestellt werden, wenn die Folie während des Wachstums dicht an der Oberfläche anliegt und der Elekt rolyt gleichmäßig über die Folie verteilt wird. Das wird bei dem beschriebenen Verfah ren dadurch erreicht, dass das Wachstum in zwei Schritte aufgeteilt wird. In einem ers ten Wachstumsschritt liegt ein elastisches Element an der Folie an, durch welches die Folie an der Oberfläche gehalten wird. Das elastische Element ist für den Elektrolyten durchlässig, so dass der Elektrolyt über das elastische Element an die Folie abgegeben werden kann. Im ersten Wachstumsschritt werden die Nanodrähte soweit gewachsen. dass die Folie über die Nanodrähte an der Oberfläche gehalten wird. Im zweiten Wachstumsschritt ist das elastische Element nicht mehr erforderlich. Das elastische Element wird also entfernt, wodurch der Elektrolyt noch gleichmäßiger über die Ober fläche verteilt werden kann.
In Schritt a) wird die Folie auf die zu bewachsende Oberfläche aufgelegt. Die Folie ist vorzugsweise mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere mit einem Polymermate rial gebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Folie derart mit der Oberfläche verbunden wird, dass die Folie nicht verrutscht. Dies könnte die Qualität der gewach senen Nanodrähte mindern.
Die Folie weist eine Vielzahl von durchgehenden Poren auf, in denen die Nano drähte gewachsen werden können. Dass die Poren der Folie durchgehend ausgeführt sind, ist vorzugsweise derart realisiert, dass die Poren von einer Oberseite der Folie zu einer Unterseite der Folie durchgehende Kanäle ausbilden. Insbesondere ist es bevor zugt, dass die Poren zylinderförmig ausgeführt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Poren als Kanäle mit gekrümmtem Verlauf ausgeführt sind. Eine Pore kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann eine Pore eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind die Poren gleichmä ßig ausgeführt (d.h. die Poren unterscheiden sich vorzugsweise nicht hinsichtlich der Größe, Form, Anordnung und/oder Abstand zu benachbarten Poren). Werden die Na nodrähte in den Schritten c) und d) gewachsen, so werden die Poren vorzugsweise (insbesondere vollständig) mit dem galvanisch abgeschiedenen Material gefüllt. Dadurch erhalten die Nanodrähte die Größe, Form und Anordnung der Poren. Durch Wahl der Folie bzw. der Poren darin können also die Eigenschaften der zu wachsen den Nanodrähte festgelegt bzw. beeinflusst werden. Die Folie kann daher auch als „Template", „Templatefolie" oder „Schablone" bezeichnet werden.
In Schritt b) wird ein für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Element auf die Folie aufgelegt. Das elastische Element ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Elektrolyten zumindest an einer Ausgabestelle abzugeben. Vorzugsweise ist die Aus gabestelle flächig ausgeführt, wobei besonders bevorzugt ist, dass der Elektrolyt über eine Ausgabefläche gleichmäßig abgegeben werden kann. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das elastische Element die Folie vollständig überdeckt. Beispielsweise kann es sich bei dem elastischen Element um einen Schwamm oderein Tuch handeln. Das elastische Element ist bevorzugt derart ausgeführt, dass es zusätzlich eine Fixierung der Folie bewirken kann. Das kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass das Mit tel zum Bereitstellen des Elektrolyten flächig ausgeführt ist und zum Anpressen der Folie an die Oberfläche eingerichtet ist.
In den Schritten c) und e) werden die Nanodrähte gewachsen. Das erfolgt zu nächst gemäß Schritt c) in einem ersten Wachstumsprozess. Dazu wird eine elektri sche Spannung zwischen der zu bewachsenden Oberfläche und einer Elektrode ange legt. Sowohl die Oberfläche als auch die Elektrode stehen mit dem Elektrolyten in Kon takt. So werden die Nanodrähte aus dem Elektrolyten auf die Oberfläche in die Poren der Folie gewachsen. Während des ersten Wachstumszeitraums liegt das elastische Element auf der Folie auf. Dadurch kann verhindert werden, dass die Folie verrutscht. Im ersten Wachstumszeitraum werden die Nanodrähte soweit ausgebildet, dass die Nanodrähte die Folie halten. Das elastische Element ist anschließend entbehrlich. Es wird daher in Schritt d) entfernt. Für die Dauer von Schritt d) kann die angelegte elekt rische Spannung abgeschaltet werden, so dass das Wachstum insoweit unterbrochen wird. Es ist aber auch denkbar, dass das Wachstum ununterbrochen fortgeführt wird, so dass auch in Schritt d) Wachstum stattfindet. Der erste Wachstumszeitraum und der zweite Wachstumszeitraum sind in dem Fall lediglich dadurch voneinander abge grenzt, dass zwischen diesen beiden Schritten das elastische Element entfernt wird. In Schritt e) wird das Wachstum der Nanodrähte für einen zweiten Wachstumszeitraum fortgesetzt. Dies erfolgt grundsätzlich wie in Schritt c), allerdings ohne das elastische Element. In Schritt e) liegt also kein elastisches Element an der Folie an. Der Elektrolyt kann in dem Fall unmittelbar mit der Oberfläche in Kontakt gelangen. Das erleichtert die Zufuhr des Elektrolyten an die Oberfläche. So kann leichter erreicht werden, dass an allen Stellen der Oberfläche zu jeder Zeit ausreichend Elektrolyt vorhanden ist. Wä re dem nicht so, würde an der jeweiligen Stelle trotz angelegter elektrischer Spannung kein Wachstum der Nanodrähte erfolgen. Dies könnte die Qualität der erhaltenen Na nodrähte beeinträchtigen.
Der erste Wachstumszeitraum hat vorzugsweise eine Länge, die mindestens 10 % einer Länge des zweiten Wachstumszeitraums beträgt, vorzugsweise mindestens 50 % der Länge des zweiten Wachstumszeitraums.
Die Länge des ersten Wachstumszeitraums und die Länge des zweiten Wachs tumszeitraums können fest vorgegeben sein. Alternativ ist die Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei der aus einem in Schritt c) zum galvanischen Wachstum der Nanodrähte eingesetzten elektrischen Strom eine übertragene Ladung ermittelt wird, wobei Schritt c) beendet wird, wenn die übertragene Ladung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht hat.
In dieser Ausführungsform ist die Länge des ersten Wachstumszeitraums variabel. Schritt c) wird beendet, sobald das Wachstum der Nanodrähte soweit fortgeschritten ist, dass die Nanodrähte die Folie ohne das elastische Element halten können. Der Fortschritt des Wachstums der Nanodrähte wird dabei nicht unmittelbar gemessen. Stattdessen wird die beim galvanischen Wachstum übertragene Ladung ermittelt. Die se ist ein Maß dafür, wie viele Atome gemäß dem galvanischen Wachstum umgesetzt wurden. Die übertragene Ladung kann durch zeitliche Integration aus dem zum gal vanischen Wachstum der Nanodrähte eingesetzten elektrischen Strom ermittelt wer den. Ist die Stromstärke konstant, ergibt sich die Ladung durch Multiplikation der Stromstärke mit der Zeit. Der zum galvanischen Wachstum der Nanodrähte eingesetz te elektrische Strom ist der Elektronenstrom, der zwischen der Oberfläche und der Elektrode fließt.
Schritt c) wird in der vorliegenden Ausführungsform beendet, wenn die übertra gene Ladung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht hat. Ein geeigneter Grenzwert kann durch Versuche ermittelt werden. Der Grenzwert wird vorzugsweise derart ge wählt, dass die Folie nach Abschluss von Schritt c) in einem gewünschten Maße durch die Nanodrähte auf der Oberfläche gehalten wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das elasti sche Element in Schritt c) auf die Folie gedrückt.
Durch das Anpressen des elastischen Elements an die Folie kann das Bereitstellen des Elektrolyten erleichtert werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt aus einem Schwamm durch Pressen dieses Schwamms zum Austreten angeregt werden. Vor zugsweise ist zum Anpressen eine Feder vorgesehen, wobei die Kraft, mit der die Fe der das elastische Element an die Folie presst, einstellbar ist. Auch können elastische oder plastische Einrichtungen, motorische, hydraulische und/oder pneumatische Ver- stell-Einheiten oder Hebelmechanismen zum Erzeugen der Anpresskraft verwendet werden. Durch Einstellen der Kraft kann die ausgegebene Menge an Elektrolyt kontrol liert werden. Weiterhin wird die Folie über das elastische Element auf die Oberfläche gedrückt, so dass die Folie formschlüssig, ortsfest und frei von Lufteinschlüssen (zwi- sehen der Folie und der Oberfläche sowie in den Poren innerhalb der Folie) gehalten wird.
Dass das elastische Element in Schritt c) auf die Folie gedrückt wird, bedeutet, dass das elastische Element jedenfalls während eines Teils von Schritt c) auf die Folie gedrückt wird. Vorzugsweise wird das elastische Element über die gesamte Dauer von Schritt c) an die Folie gedrückt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das elastische Element insoweit auf die Folie gedrückt, als dass das elastische Element mit einer Kraft auf die Folie gedrückt wird, welche über die Gewichtskraft des elastischen Elements hinausgeht. Das Eigen gewicht des elastischen Elements genügt also nicht für ein Anpressen im Sinne der vorliegenden Ausführungsform. Als Alternative zur vorliegenden Ausführungsform kann das elastische Element während der gesamten Dauer von Schritt c) auf der Folie aufliegen, ohne an die Folie gedrückt zu werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das elasti sche Element in Schritt d) mittels eines Greifers von der Folie abgehoben.
Mit dem Greifer kann das elastische Element automatisiert von der Folie entfernt werden. Dadurch kann das gesamte Verfahren automatisiert durchgeführt werden, wodurch Fehler vermieden werden können. Der Greifer kann beispielsweise als ein Nadelgreifer ausgebildet sein.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum galvanischen Wach sen einer Vielzahl von Nanodrähten vorgestellt. Die Anordnung umfasst:
- eine Oberfläche, auf die die Nanodrähte gewachsen werden sollen,
- eine auf die Oberfläche aufgelegte Folie, wobei die Folie eine Vielzahl von durch gehenden Poren aufweist, in denen die Nanodrähte aus einem Elektrolyten ge wachsen werden können,
- ein auf die Folie aufgelegtes und für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Element, wobei der Elektrolyt über das elastische Element mit der Folie in Kontakt gebracht werden kann,
- einen Greifer zum Entfernen des elastischen Elements von der Folie.
Die Vorteile und Merkmale des Verfahrens sind auf die Anordnung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der Anordnung durchgeführt. Die Anordnung ist vorzugsweise zum Betrieb gemäß dem beschriebe nen Verfahren bestimmt und eingerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine Steuerungseinheit, welche zur Durchführung zumindest der Schritte c) bis e) des Ver fahrens eingerichtet ist. Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, das Verfahren in soweit durchzuführen, wie das Verfahren automatisiert ist. So kann die Steuerungsein heit beispielsweise das galvanische Wachstum dadurch steuern, dass eine für das gal vanische Wachstum erforderliche elektrische Spannung mit der Steuerungseinheit gesteuert wird. Das Andrücken des elastischen Elements an die Folie kann in Schritt c) insoweit durch die Steuerungseinheit gesteuert werden, als dass das elastische Ele ment beispielsweise mittels eines hydraulischen Stempels an die Folie angepresst wird. Ein solcher Stempel kann durch die Steuerungseinheit gesteuert werden. Wer den auch die Schritte a) und/oder b) automatisiert durchgeführt, können auch diese durch die Steuerungseinheit gesteuert werden.
Die Anordnung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, innerhalb dessen alle Ele mente der Anordnung angeordnet sind. Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Auf nahme für eine Schublade auf. Ein Objekt mit der zu bewachsenden Oberfläche kann mit der darauf aufgelegten Folie und dem darauf aufgelegten elastischen Element in die Schublade eingelegt und mit dieser in die Aufnahme eingeschoben werden. Inso weit können das Objekt mit der zu bewachsenden Oberfläche und der darauf aufge legten Folie und dem darauf aufgelegten elastischen Element innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Durch die Anordnung in einem Gehäuse wird eine besonders benutzerfreundliche Maschine erhalten, mit der die Nanodrähte gewachsen werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin einen Antrieb zum automatisierten Betätigen des Greifers.
Mit dem Antrieb kann Schritt d) automatisiert durchgeführt werden. Der Antrieb kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Greifer in Schritt d) mit dem elasti schen Element in Kontakt zu bringen, das elastische Element zu greifen und/oder von der Oberfläche abzuheben. Mit dem Antrieb kann also die Position des Greifers verän dert werden und/oder der Greifer betätigt werden. Unter Betätigen des Greifers ist zu verstehen, dass das elastische Element mit dem Greifer gegriffen und wieder freigege ben werden kann. Der Greifer kann beispielsweise ein Nadelgreifer sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine bewegliche Ablage für das elastische Element.
In Schritt d) kann das elastische Element mit dem Greifer gegriffen werden und von der Oberfläche abgehoben werden. Anschließend kann die bewegliche Ablage zwischen die Oberfläche und das elastische Element geschoben werden. Das elasti sche Element kann auf die bewegliche Ablage abgelegt werden und vom Greifer frei gegeben werden. Anschließend kann das elastische Element mit der beweglichen Ablage abtransportiert werden. Anschließend kann das elastische Element von der beweglichen Ablage entfernt werden. Dies kann automatisiert erfolgen, beispielsweise indem die bewegliche Ablage derart bewegt wird, dass das elastische Element der Bewegung des beweglichen Elements ab einem Trennungspunkt nicht mehr folgen kann. Der Trennungspunkt kann sich beispielsweise dadurch ergeben, dass die be wegliche Ablage in eine Ablagenaufnahme geführt wird, die keinen Platz für das elasti sche Element bietet. Das elastische Element bleibt in dem Fall am Rand der Ablagen aufnahme hängen. Daselastische Element kann in einem Fach abgelegt werden, aus dem das elastische Element manuell entnommen werden kann.
Die bewegliche Ablage kann automatisiert bewegt werden, beispielsweise durch einen Motor. Die bewegliche Ablage ist vorzugsweise auf einem flexiblen Material ge bildet, beispielsweise aus Kunststoff. So kann die bewegliche Ablage platzsparend verstaut werden, wenn sie nicht benötigt wird. Beispielsweise kann die bewegliche Ablage über eine Umlenkrolle geführt sein, so dass die bewegliche Ablage um 90° ge genüber der Oberfläche gedreht verstaut werden kann, wenn sie nicht benötigt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen der beweglichen Ablage.
Die Reinigungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Reinigungsflu id auf die bewegliche Ablage zu sprühen. Das kann beispielsweise erfolgen, nachdem das elastische Element mit der beweglichen Ablage abtransportiert und von dieser entfernt wurde. Die Reinigungseinrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die bewegliche Ablage in Schritt d) an der Reinigungseinrichtung vorbeigeführt wird, nachdem das elastische Element von der beweglichen Ablage entfernt worden ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine Spannungsquelle, welche zum Anlegen einer elektrischen Spannung für das Wachstum der Nanodrähte mit einer Elektrode und der Oberfläche verbunden ist.
Die Spannungsquelle dient dazu, den für das galvanische Wachstum erforderli chen elektrischen Strom bereitzustellen. Die Spannungsquelle ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine gepulste Spannung zu erzeugen, insbesondere mit einer Pulsfre quenz im Bereich von 0, 1 bis 10 ms. Durch Versuche hat sich gezeigt, dass mit einer gepulsten Spannung die Qualität der Nanodrähte verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine Referenzelektrode, welche mit der Oberfläche verbunden ist.
Mit der Referenzelektrode kann das Wachstum der Nanodrähte überwacht wer den. Dazu kann mit der Referenzelektrode die Spannung gemessen werden, die zwi schen der Elektrode und der Referenzelektrode anliegt. Die Anordnung kann eine oder mehrere Referenzelektroden umfassen.
Die Elektrode ist vorzugsweise über ein erstes Kabel mit der Spannungsquelle verbunden. Die zu bewachsende Oberfläche ist vorzugsweise überein zweites Kabel mit der Spannungsquelle verbunden. Die Referenzelektrode ist vorzugsweise überein drittes Kabel mit einem Spannungsmessgerät verbunden. Die Oberfläche ist vorzugs weise mit einem vierten Kabel mit dem Spannungsmessgerät verbunden, insbesonde re unabhängig von dem zweiten Kabel. Das zweite Kabel und das vierte Kabel sind vorzugsweise jeweils unmittelbar mit der Oberfläche verbunden. Die Oberfläche kann dazu ein jeweiliges Kontaktpads aufweisen, über welches das zweite Kabel und das vierte Kabel mit der Oberfläche verbunden sind, beispielsweise mittels eines jeweiligen leitenden Tapes. Die Referenzelektrode ist also nicht bloß dadurch mit der Oberfläche verbunden, dass die Referenzelektrode mit einem Abzweig des zweiten Kabels ver bunden ist. Es hat sich herausgestellt, dass demgegenüber eine unmittelbare Anbin dung der Referenzelektrode an die Oberfläche genauere Ergebnisse liefert.
Das Objekt mit der zu bewachsenden Oberfläche und die Referenzelektrode sind vorzugsweise in der Schublade angeordnet.
Das erste Kabel, das zweite Kabel, das dritte Kabel und das vierte Kabel können jeweils in mehrere Abschnitte unterteilt sein, die beispielsweise über Steckverbindun gen miteinander verbunden sind. Das zweite Kabel, das dritte Kabel und/oder das vier- te Kabel können jeweils derart in Abschnitte unterteilt sein, dass an einem Rand der Schublade ein jeweiliger Übergang zwischen zwei benachbarten Abschnitten des ent sprechenden Kabels angeordnet ist. Die Schublade kann einen entsprechenden Ste cker für jedes dieser drei Kabel aufweisen. So können die Oberfläche und die Referen zelektrode beim Einschieben der Schublade in die Aufnahme dadurch kontaktiert werden, dass die drei Steckverbindungen ausgebildet werden. Das Spannungsmess gerät und die Spannungsquelle sind vorzugsweise innerhalb des Gehäuses und au ßerhalb der Aufnahme für die Schublade angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine (insbesondere elektrisch angetriebene) Mangel zum Auspressen des Elektrolyten aus dem elastischen Element, wenn das elastische Element mit dem Greifer von der Folie entfernt worden ist.
Die Mangel kann zwei Rollen aufweisen, zwischen denen das elastische Element hindurchbewegt wird. Dabei kann mit den Rollen ein Druck auf das elastische Element ausgeübt werden, so dass das elastische Element Elektrolyt abgibt, welcher sich in dem elastischen Element befindet. Damit kann ein erheblicher Teil des Elektrolyten aus dem elastischen Element entfernt werden und wiederverwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Anordnung zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten,
Fig. 2: eine Verschaltung einer Referenzelektrode für die Anordnung aus
Fig. 1,
Fig. 3a und 3b: weitere Elemente der Anordnung aus Fig. 1 in zwei verschiedenen Zuständen.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 7 zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nano drähten 1. Die Anordnung 7 umfasst ein Substrat 16 mit einer Oberfläche 2, auf welche die Nanodrähte 1 gewachsen werden sollen. Die Anordnung 7 umfasst weiterhin eine auf die Oberfläche 2 aufgelegte Folie 3, welche eine Vielzahl von durchgehenden Po ren 4 aufweist, in denen die Nanodrähte 1 aus einem Elektrolyten gewachsen werden können. Die Oberfläche 2 weist eine Strukturierungsschicht 17 mit Auslassungen 18 auf. Die Nanodrähte 1 können nur in den Auslassungen 18 gewachsen werden. So kann das Wachstum der Nanodrähte 1 lokal selektiv erfolgen. Weiterhin umfasst die Anordnung 7 ein auf die Folie 3 aufgelegtes und für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Element 5. Der Elektrolyt kann über das elastische Element 5 mit der Folie 3 in Kontakt gebracht werden. Zudem umfasst die Anordnung 7 eine Spannungsquel le 12, welche zum Anlegen einer elektrischen Spannung für das Wachstum der Nano drähte 1 mit einer Elektrode 13 und der Oberfläche 2 verbunden ist. Auch die Span nungsquelle 12 ist mit der Steuerungseinheit 8 verbunden. Die Elektrode 13 kann mit einem Stempel 19 an das elastische Element 5 gedrückt werden.
Die Anordnung 7 ist in Fig. 1 nicht vollständig gezeigt. Weiterer Elemente sind in den Fig. 2, 3a und 3b gezeigt.
Fig. 2 zeigt weitere Elemente der Anordnung 7 aus Fig. 1. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 2 nicht alle Elemente aus Fig. 1 gezeigt. So weist die Anordnung 7 neben der Spannungsquelle 12, der Elektrode 13 und dem Substrat 16 mit der Ober fläche 2 weiterhin eine Referenzelektrode 14 auf. Die Referenzelektrode 14 ist überein Spannungsmessgerät 20 mit der Oberfläche 2 verbunden. Die Spannungsquelle 12 und die Referenzelektrode 14 sind unabhängig voneinander an die Oberfläche 2 an gebunden.
Fig. 3a und 3b zeigen weitere Elemente der Anordnung 7 aus Fig. 1 und 2. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 3a und 3b nicht alle Elemente aus Fig. 1 und 2 ge zeigt. Zu erkennen ist an Fig. 3a und 3b insbesondere, dass die Anordnung 7 einen Greifer 6 zum Entfernen des elastischen Elements 5 von der Folie 3 aufweist. In Fig. 3a ist der Zustand gezeigt, in dem das elastische Element 5 auf der Folie 3 auf der Ober fläche 2 des Substrats 16 aufliegt. Das elastische Element 5 kann mit dem Greifer 6 gegriffen und von der Oberfläche 2 abgehoben werden. Dies ist in Fig. 3b gezeigt. Da das elastische Element 5 in Fig. 3b nicht mehr auf der Folie 3 aufliegt, ist insoweit in Fig. 3b keine erfindungsgemäße Anordnung 7 mehr gezeigt. Die Anordnung 7 umfasst einen Antrieb 9 zum automatisierten Betätigen des Greifers 6. Zudem umfasst die An ordnung 7 eine bewegliche Ablage 10 für das elastische Element 5. In Fig. 3a ist die bewegliche Ablage 10 um 90° gegenüber der Oberfläche 2 gedreht verstaut, weil die bewegliche Ablage 10 in dem gezeigten Zustand nicht benötigt wird. In Fig. 3b ist die bewegliche Ablage 10 zwischen die Oberfläche 2 und das elastische Element 5 ge- schoben. So kann das elastische Element 5 auf die bewegliche Ablage 10 abgelegt werden. Anschließend kann das elastische Element 5 mit der beweglichen Ablage 10 abtransportiert werden, indem die bewegliche Ablage 10 in ihren in Fig. 3a gezeigten Zustand zurückbewegt wird. Das elastische Element 5 kann sich dabei von der beweg lichen Ablage 10 beispielsweise dadurch lösen, dass das elastische Element 5 der Be wegung der beweglichen Ablage 10 nach unten nicht folgt. Sobald sich das elastische Element 5 von der beweglichen Ablage 10 gelöst hat, kann die bewegliche Ablage 10 mit einer Reinigungseinrichtung 11 gereinigt werden. Dazu kann die bewegliche Ab lage 10 durch die Reinigungseinrichtung 11 mit einem Reinigungsfluid besprüht wer den. Die Anordnung 7 weist weiterhin eine elektrisch angetriebene Mangel 15 zum Auspressen des Elektrolyten aus dem elastischen Element 5 auf, wenn das elastische Element 5 mit dem Greifer 6 von der Folie 3 entfernt worden ist. Die Mangel 15 weist zwei Rollen auf, zwischen denen das elastische Element 5 unter Krafteinwirkung hin durchbewegt werden kann.
Die Anordnung 7 umfasst weiterhin eine Steuerungseinheit 8, welche zur Durchfüh rung der Schritte c) bis e) des folgenden Verfahrens eingerichtet ist: a) Auflegen einer Folie 3 auf die Oberfläche 2, wobei die Folie 3 eine Vielzahl von durchgehenden Poren 4 aufweist, in denen die Nanodrähte 1 aus einem Elektroly ten gewachsen werden können, b) Auflegen eines für den Elektrolyten durchlässigen elastischen Elements 5 auf die Folie 3, wobei der Elektrolyt über das elastische Element 5 mit der Folie 3 in Kon takt gebracht wird, c) für einen ersten Wachstumszeitraum, galvanisches Wachsen der Vielzahl von Na- nodrähten 1, wobei das elastische Element 5 auf die Folie 3 gedrückt wird, d) Entfernen des elastischen Elements 5, indem das elastische Element 5 mittels ei nes Greifers 6 von der Folie 3 abgehoben wird, und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wachsens der Vielzahl von Nanodrähten 1.
In Schritt c) wird aus dem zum galvanischen Wachstum der Nanodrähte 1 einge setzten elektrischen Strom eine übertragene Ladung ermittelt, wobei Schritt c) been det wird, wenn die übertragene Ladung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht hat. Bezugszeichenliste
1 Nanodraht
2 Oberfläche 3 Folie
4 Pore
5 elastisches Element
6 Greifer
7 Anordnung 8 Steuerungseinheit
9 Antrieb
10 bewegliche Ablage
11 Reinigungseinrichtung
12 Spannungsquelle 13 Elektrode
14 Referenzelektrode
15 Mangel
16 Substrat
17 Strukturierungsschicht 18 Auslassung
19 Stempel
20 Spannungsmessgerät

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (1) auf eine Oberfläche (2), umfassend a) Auflegen einer Folie (3) auf die Oberfläche (2), wobei die Folie (3) eine Vielzahl von durchgehenden Poren (4) aufweist, in denen die Nanodrähte (1) aus ei nem Elektrolyten gewachsen werden können, b) Auflegen eines für den Elektrolyten durchlässigen elastischen Elements (5) auf die Folie (3), wobei der Elektrolyt über das elastische Element (5) mit der Folie (3) in Kontakt gebracht wird, c) für einen ersten Wachstumszeitraum, galvanisches Wachsen der Vielzahl von Nanodrähten (1), d) Entfernen des elastischen Elements (5), und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wach sens der Vielzahl von Nanodrähten (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus einem in Schritt c) zum galvanischen Wachstum der Nanodrähte (1) eingesetzten elektrischen Strom eine übertragene Ladung ermittelt wird, und wobei Schritt c) beendet wird, wenn die übertragene Ladung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht hat.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elastische Ele ment (5) in Schritt c) auf die Folie (3) gedrückt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elastische Ele ment (5) in Schritt d) mittels eines Greifers (6) von der Folie (3) abgehoben wird.
5. Anordnung (7) zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (1), umfassend: eine Oberfläche (2), auf die die Nanodrähte (1) gewachsen werden sollen, eine auf die Oberfläche (2) aufgelegte Folie (3), wobei die Folie (3) eine Viel zahl von durchgehenden Poren (4) aufweist, in denen die Nanodrähte (1) aus einem Elektrolyten gewachsen werden können, ein auf die Folie (3) aufgelegtes und für den Elektrolyten durchlässiges elasti sches Element (5), wobei der Elektrolyt über das elastische Element (5) mit der Folie (3) in Kontakt gebracht werden kann. einen Greifer (6) zum Entfernen des elastischen Elements (5) von der Folie (3).
6. Anordnung (7) nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Steuerungseinheit (8), welche zur Durchführung der Schritte c) bis e) eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.
7. Anordnung (7) nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin umfassend einen Antrieb (9) zum automatisierten Betätigen des Greifers (6).
8. Anordnung (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, weiterhin umfassend eine be wegliche Ablage (10) für das elastische Element (5).
9. Anordnung (7) nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine Reinigungseinrich- tung (11) zum Reinigen der beweglichen Ablage (10).
10. Anordnung (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, weiterhin umfassend eine Spannungsquelle (12), welche zum Anlegen einer elektrischen Spannung für das Wachstum der Nanodrähte (1) mit einer Elektrode (13) und der Oberfläche (2) ver bunden ist.
11. Anordnung (7) nach Anspruch 10, weiterhin umfassend eine Referenzelektro de (14), welche mit der Oberfläche (2) verbunden ist.
12. Anordnung (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, weiterhin umfassend eine Mangel (15) zum Auspressen des Elektrolyten aus dem elastischen Element (5), wenn das elastische Element (5) mit dem Greifer (6) von der Folie (3) entfernt wor- den ist.
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